一种燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC-DC变换器技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC‑DC变换器，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端和续流二极管D3的阳极，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D3的阴极，续流二极管D1的阴极分别连接电感L2的一端、电容C1的一端和电容C4的一端，电感L2的另一端分别连接续流二极管D4的阳极、电容C3的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极。

A two step DC-DC converter for asymmetrical boost unit in fuel cell system

The invention discloses a two type DC DC converter of an asymmetric boost unit for a fuel cell system, including an input power supply Vin, one end of a positive pole inductor L1 of a power source Vin and an anode of a continuous current diode D3, the other end of the inductor L1 connects the anode of the continuous current diode D2 and one end of the capacitance C2 respectively, and the other one of the capacitance C2. The end of the continuous current diode D1 is connected to the anode of the continuous current diode and the cathode of the continuous current diode D3. The cathode of the continuous current diode D1 is connected to one end of the inductance L2, one end of the capacitance C1 and one end of the capacitance C4. The other end of the inductor L2 connects the anode of the continuous current diode D4, one end of the capacitor C3, the cathode of the continuation diode D2, and the leak of the S of the switch tube. Extremely.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC-DC变换器
本专利技术涉及升压变换器，特别是涉及一种燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC-DC变换器。
技术介绍
随着传统化石能源的日趋枯竭和人类生存环境的日益恶化，清洁型的可再生能源的发展已经到了迫在眉睫的地步，世界各国都在致力于研究和开发新能源的应用，其中太阳能和风能已经得到了较为广泛的应用。不过对于这些系统，如何并网运行、满足电网中的高电压需要仍然是最重要的问题。目前，大量的升压转换器被开发出来满足这些应用，在不同的转换器中，传统的BOOST变换器理论上可以通过提高占空比来提高电压增益。但是实际应用中，由于寄生参数的限制，无法实现非常高的电压增益。若采用级联型的拓扑结构，器件数量增加所带来的效率不高的问题又会凸显。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够提高效率和增益比的燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC-DC变换器。技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC-DC变换器，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端和续流二极管D3的阳极，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D3的阴极，续流二极管D1的阴极分别连接电感L2的一端、电容C1的一端和电容C4的一端，电感L2的另一端分别连接续流二极管D4的阳极、电容C3的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容C4的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和续流二极管D5的阳极，电容C3的另一端分别连接续流二极管D5的阴极和输出整流二极管Do的阳极，输出整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。有益效果：本专利技术公开了一种燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC-DC变换器，与现有技术相比，具有以下的有益效果：1)本专利技术融合了不对称的升压单元结构和自举电容升压单元结构，升压能力为两种升压单元结构的升压效果的叠加，极大提高了变换器的升压能力，同时随着占空比的增加，该转换器具有优越的升压电压性能；2)本专利技术采用的升压单元均由无源器件构成，理想情况下没有损耗，因此电路可以实现高效的工作；同时，由于电路采用了非隔离电路结构，在显著提高了升压能力的基础上，也使电路的效率的到提高。3)本专利技术采用了二次型的电路结构，与传统的升压电路相比较，这种转换器的电压增益具有二次特性，具有优越的升压性能，变换器在占空比较高时，升压能力和电路的工作效率有更加优越的优势，更适合应用在中大功率场合。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的电路图；图2为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的等效电路图；图3为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的模态图；图4为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的第一种开关模态的等效图；图5为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的第二种开关模态的等效图；图6为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的开关管S两端电压、输出电压Vo和输出二极管Do两端电压的波形图；图7为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的开关管S两端电压、电感L1的电流和电感L1两端电压的波形图；图8为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的开关管S两端电压、电感L2的电流和电感L2两端电压的波形图；图9为本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的开关管S两端电压、二极管D3两端电压和二极管D4两端电压的波形图。具体实施方式下面结合具体实施方式和附图对本专利技术的技术方案作进一步的介绍。本专利技术具体实施方式公开了一种燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC-DC变换器，如图1所示，包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端和续流二极管D3的阳极，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D3的阴极，续流二极管D1的阴极分别连接电感L2的一端、电容C1的一端和电容C4的一端，电感L2的另一端分别连接续流二极管D4的阳极、电容C3的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容C4的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和续流二极管D5的阳极，电容C3的另一端分别连接续流二极管D5的阴极和输出整流二极管Do的阳极，输出整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。其中，开关管S为MOSFET或者IGBT。本专利技术具体实施方式中DC-DC变换器的等效电路图如图2所示。输入电源的电流为iin，输入电源的电压为Vin，电感L1电流为电感L1两侧的电压为电感L2的电流为电感L2两侧的电压为输出整流二极管Do的电流为输出整流二极管Do两端的电压为流过开关管S的电流为iS，开关管S两端的电压为VS，二极管D1的电流为二极管D1两端的电压为二极管D2的电流为二极管D2两端的电压为二极管D3的电流为二极管D3两端的电压为二极管D4的电流为二极管D4两端的电压为二极管D5的电流为二极管D5两端的电压为电容C1的电流为电容C1两端的电压为电容C2的电流为电容C2两端的电压为电容C3的电流为电容C3两端的电压为电容C4的电流为电容C4两端的电压为输出电容Co的电流为输出电容Co两端的电压为负载电阻R的电流为io。图3为DC-DC变换器的模态图。DC-DC变换器的工作过程分为2个开关模态，分别为第一种开关模态至第二种开关模态，电阻R为负载，具体描述如下：第一种开关模态，对应图3中的[t0,t1]：等效电路图4所示，开关管S、续流二极管D2、续流二极管D3和续流二极管D5导通，电流的流通途径如图4所示，电源通过续流二极管D3同时给电感L1和电容C2充电，电感L1和电容C2储存能量，同时，电容C1通过续流二极管D5、电容C4和开关管S构成的回路同时给电感L2和电容C3充电，电感L2和电容C3一起储存能量，电压继续升高，输出电容Co给负载R供电。第二种开关模态，对应图3中的[t1,t2]：等效电路图5所示，开关管S在t2时关断，同时，续流二极管D1、续流二极管D4和输出整流二极管Do开通，续流二极管D2和续流二极管D3关断，电流的流通途径如图5所示，电源、电感L1、电感L2、电容C2和电容C3同时释放能量给负载，并且给电容C1、电容C4和输出电容Co充电，电容C1、电容C4和输出电容Co储存能量。由上述分析可得增益表达式为：其中D为开关管S的占空比。变换器按照第一种开关模态至第二种开关模态工作时，电路中开关管S、电感L1、电感L2、输出整流二极管Do两端电压、续流二极管D4两端电压、续流二极管D3两端电压的波形具体描述如下：在图6中，输入电压Vin＝40V，输出电压Vo＝380V，开关管S的漏源两端电压差VDS的纵坐标为50伏/单元格，输出二极管Do两端电压纵坐标为50伏/单元格，输出电压Vo纵坐标为100伏/单元格。在图7中，输入电压Vin＝40V，输出电压V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC‑DC变换器，其特征在于：包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端和续流二极管D3的阳极，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D3的阴极，续流二极管D1的阴极分别连接电感L2的一端、电容C1的一端和电容C4的一端，电感L2的另一端分别连接续流二极管D4的阳极、电容C3的一端、续流二极管D2的阴极和开关管S的漏极，电容C4的另一端分别连接续流二极管D4的阴极和续流二极管D5的阳极，电容C3的另一端分别连接续流二极管D5的阴极和输出整流二极管Do的阳极，输出整流二极管Do的阴极分别连接输出电容Co的一端和负载电阻R的一端，输出电容Co的另一端、负载电阻R的另一端、开关管S的源极和电容C1的另一端分别连接输入电源Vin的负极。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统用不对称升压单元的二次型DC-DC变换器，其特征在于：包括输入电源Vin，输入电源Vin的正极连接电感L1的一端和续流二极管D3的阳极，电感L1的另一端分别连接续流二极管D2的阳极和电容C2的一端，电容C2的另一端分别连接续流二极管D1的阳极和续流二极管D3的阴极，续流二极管D1的阴极分别连接电感L2的一端、电容C1的一端和电容C4的一端，电感L2的另一端分别连接续...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明耀，刘同民，艾建，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32